[發明專利]一種基于三角形閥體的連續波發生器轉閥

有效

• 申請號: 201310755292.5
• 申請日: 2013-12-29
• 公開（公告）號: CN103696763A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 鄢志丹;魏春明;耿艷峰;胡秀鳳;李園;張暉
• 申請（專利權）人: 中國石油集團渤海鉆探工程有限公司
• 主分類號: E21B47/18
• 分類號: E21B47/18
• 代理公司: 天津才智專利商標代理有限公司 12108
• 代理人: 陳昌娟

技術領域

本發明涉及石油天然氣隨鉆測量技術領域，特別是涉及一種用于井下遙測信號數據傳輸的連續波泥漿脈沖發生器的轉閥。

背景技術

近年來蓬勃發展的隨鉆測量技術在增強大位移井、高難度水平井、分支井的地質導向和地層評價能力和提高油層鉆遇率等方面具有重大作用。但隨著井下信息量的不斷增多，數據信號高速傳輸在隨鉆測量系統設計中的地位日益突出，成為隨鉆測量技術持續向前發展必須面對的問題。縱觀當前應用的井下遙測信號數據傳輸技術，泥漿脈沖傳輸，尤其是連續波泥漿脈沖傳輸以其傳輸速率較高、抗干擾能力強，成為使用最為廣泛、發展潛力極大的數據傳輸方式。

泥漿脈沖連續波發生器通過改變旋轉轉子與定子過流斷面的相對位置而產生連續壓力波信號，發生方式有旋轉閥和剪切閥兩種。無論哪一種連續波發生器，都包括連續波脈沖發生單元、動力輸出裝置以及壓力平衡模塊及密封模塊。對于旋轉閥式連續波發生器，轉子在電機驅動下沿固定方向連續轉動，與定子產生節流。而在剪切閥式連續波發生器中，電機驅動的轉子在與定子形成的最大、最小流通面積間往復擺動，周期振蕩，產生節流。

基于提高壓力波信號檢測強度、降低檢測難度等的考慮，通常將連續波脈沖發生單元中的定子和轉子結構設計成特殊的閥口形狀，以滿足連續正弦壓力波的輸出需求。

在美國發明專利US4,847,815“用于隨鉆測量工具中的正弦壓力波發生器（Sinusoidal?Pressure?Pulse?Generator?For?Measurement?While?Drilling?Tool）”和美國發明專利5,249,161，“隨鉆測井中脈沖發生器防阻塞方法和裝置（Methods?and?apparatus?for?preventing?jamming?of?encoder?of?logging?while?drilling?tool）”中，均公開了一種基于薄壁刃口壓力波產生原理的三角閥體正弦式連續波壓力信號發生器的定轉子設計思路，但經過測試發現，該種閥形雖然產生上下波動的壓力波信號，但與標準的正弦信號相比，還存在不小的偏差。此外，國內學者賈朋在其博士畢業論文《鉆井液連續波發生器設計與信號傳輸特性實驗研究》中利用基于薄壁刃口壓力波產生原理和正弦波最大相關原則，依據扇形定子和三角形轉子的耦合關系，推導閥口極坐標方程，并經周期性擴展得到閥體曲線上各點極徑與極角的對應關系，這種方法得到的閥體產生壓力波與標準正弦波相關程度高，但閥口曲線方程復雜，加工難度高。另外，文中雖然提到了曲線閥口兩條曲線間應采用圓弧過渡，但并未給出圓弧的具體尺寸設計規則。

鑒于外切式三角閥口轉閥具有體積小、結構簡單、易于加工、便于質量控制、安裝調節方便等特點，有必要對產生高度相似正弦壓力波信號的閥形建立一套行之有效的結構優化方法，以利用連續波泥漿脈沖實現井下遙測信號數據的高速傳輸。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于三角形閥體，并為連續波泥漿脈沖發生器提供高度相似正弦壓力波信號輸出的轉閥，以提高地面信號檢測強度和井下數據傳輸速率。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：

一種基于三角形閥體的連續波發生器的轉閥，包括轉子和定子，所述轉子包括多個葉片，轉子葉片角和葉片缺口角分別為2p/n和p/n，其中n為葉片數且n=3～6，相鄰葉片之間的缺口由圓弧線、圓角線和徑向線段組成，所述圓弧線及其延長線對應的弦與所述徑向線段的夾角為b，所述轉子的外徑為D。

轉子與定子旋轉過程的節流面積與閥體壓力差Δp(t)（Pa）滿足以下公式，